Kerámia fémezési technológia: az Alumina Ceramic Shell alapelvei, folyamatai és ipari alkalmazásai

A modern precíziós tervezésben és a nagy teljesítményű elektronikában a kerámiát gyakran a szervetlen nem-fémes anyagok közé sorolják, amelyek fizikai-kémiai tulajdonságaikban drasztikusan különböznek a fémektől. Mindazonáltal mindegyik különálló előnyei miatt a mérnöki közösségnek sürgősen szüksége van egy olyan technológiára, amely tökéletesen ötvözi a kerámiák szigetelő képességét és magas hőmérsékletű -állóságát a fémek elektromos vezetőképességével és hegeszthetőségével. Ez az igény hozta létre a kerámia fémezési technológiát, amely sikeresen oldja meg azt a kihívást, hogy a kerámia felületén robusztus fémréteget képezve megbízhatóan összekapcsoljon két, elektromos, termikus és mechanikai tulajdonságok tekintetében eltérő anyagot. A rendkívül megbízható Alumina Ceramic Shell gyártása során ez a technológia kulcsfontosságú híd lett az összetett funkciók elérésében.

A kerámia fémezésének mechanizmusa rendkívül összetett, számos kémiai és fizikai reakciót, plasztikus anyagáramlást és részecskék átrendeződését foglal magában. A szinterezés során a fémezett rétegben lévő oxidok és nem{1}}fémes oxidok különböző kémiai reakciókon és diffúziós migrációkon mennek keresztül. A hőmérséklet emelkedésével ezek az anyagok reakcióba lépve közbenső vegyületeket képeznek, amelyek azután folyékony fázist alkotnak, amikor elérik a közös olvadáspontot. Ezen a ponton a folyékony üvegfázis viszkózussá válik, és képlékeny áramláson megy keresztül, ami a részecskék átrendeződését idézi elő kapilláris hatására. A felületi energia hatására az atomok vagy molekulák diffundálnak és vándorolnak, elősegítve a szemcsék növekedését, fokozatosan csökkentve és eltávolítva a pórusokat, végül elérve a fémezett réteg sűrűsödését. Ez a precíz eljárás az alapja a kiváló minőségű,-fémezett, 95%-ban alumíniumkerámia alkatrészek gyártásának.

A jó minőségű-fémezési kötés eléréséhez szigorú és precíz folyamatfolyamatot kell követni. Az első lépés a szubsztrátum előkezelése, jellemzően gyémánt polírozópasztával a nyomásmentes szinterezett kerámia optikai sima polírozására, ami 1,6 mikrométer vagy annál kisebb felületi érdesség biztosítását jelenti. Az aljzatot ezután acetonba és alkoholba merítjük szobahőmérsékleten 20 percre ultrahangos tisztításra, hogy alaposan eltávolítsuk a felületi szennyeződéseket. Ez a lépés kulcsfontosságú a felületi fémezési réteg tapadásának biztosításához a következő fémezett alumínium-oxid kerámia Al2O3 alkatrészekben; még kisebb szennyeződés is a kötés meghibásodásához vezethet.

A második lépés a fémező paszta elkészítése. A technikusoknak pontosan le kell mérniük a nyersanyagokat egy meghatározott fémezési képlet szerint, és bizonyos ideig tartó golyós marás után meghatározott viszkozitású fémező pasztát kell készíteniük. A harmadik lépés a bevonat és a szárítás, szitanyomás technológiával, hogy egyenletesen vigye fel a pasztát a kerámia hordozóra. A paszta vastagságát szigorúan ellenőrizni kell; túl vékony és forrasztóanyag könnyen befolyik a fémrétegbe, túl vastag, és az alkatrészek migrációja akadályozott lesz. A méretezés után az aljzatot kemencében kell szárítani, ami kritikus lépés a nagy teljesítményű relé kerámia alkatrészek és más precíziós alkatrészek elkészítésében.

A negyedik lépés a hőkezelés, ahol a megszáradt szubsztrátumot redukáló atmoszférába helyezik magas-hőmérsékletű szinterezéshez, és ezáltal sűrű fémréteget képeznek a kerámia felületen. A szigorú folyamatok sorozata után a kerámia hordozó felülete keményforrasztható vagy fémekhez hegeszthetővé válik. Az így létrejött fémes kerámia alumínium-oxid szigetelő nemcsak megőrzi a kerámiatest kiváló elektromos szigetelési tulajdonságait, hanem jó vezetőképességet és tömítő tulajdonságokat is biztosít a fémfelületen, ami lehetővé teszi, hogy megfeleljen az extrém munkakörnyezetek szigorú követelményeinek.

Az olyan stratégiai iparágak gyors fejlődésével, mint az új energia, az 5G-kommunikáció és a repülőgépipar, a nagy megbízhatóságú fémes kerámiák iránti piaci kereslet folyamatosan nő{1}. Akár fémezett hegesztett kerámiaházakban használják nagyfeszültségű-egyenfeszültségű relékhez, akár kulcsfontosságú szigetelőelemként a teljesítménymodulokban, a kerámia fémezési technológia pótolhatatlan szerepet játszik. Ez a technológia különösen az egyenáramú reléelemek gyártása során biztosítja az alkatrészek hosszú távú stabil működését- magas-feszültségű, magas hőmérsékletű ciklusok mellett, mélyrehatóan bizonyítva az anyagtudomány és a folyamatmérnökség mélyreható integrációját.